用控制应力弯曲疲劳试验方法评价沥青混合料抗疲劳性能
沥青混合料疲劳试验控制模式的选择研究_卢少利
收稿日期： 2015 —12 —03 作者简介： 卢少利（ 1977 —） ， 工程师。 男， 山东滨州人，
Tayebali 等人的试验分析， 控制应变法的疲劳寿命一 般为控制应力法疲劳寿命的 2. 4 倍。 表 1 比较了两
73． 37
19． 5
39． 2
59． 1
79． 0
98． 6
用 Shell 设计法的 BISAＲ3. 0 程序对国内典型的半刚 性基层路面结构进行响应计算， 计算过程见图 2 。 假 设沥青层与半刚性基层之间为光滑接触的最不利滑 动状态
［3 ］
4． 6
10． 7
19． 1
32． 0
53． 9
441． 8
弯拉应变的变化 式中： Δσ 和 Δε—弯 拉 应 力、 % ； σ8000 和 ε8000 —面层初始劲度模量 8 000 MPa 时 率， 对应的弯拉应力和弯拉应变； σ i 和 ε i —模量衰减过程 中对应的弯拉应力和弯拉应变。 通过计算结果可以看出， 随着沥青面层模量的逐 渐衰减， 沥 青 层 底 弯 拉 应 力 和 应 变 也 随 之 变 化， 见 表 2。
性进行了深入而广泛的研究， 也发表了大量关于试验 方法、 实验条件、 混合料类型、 加载方式以及环境因素 等对沥青混合料疲劳特性的影响的研究报告和著作， 并把这些研究成果应用到沥青路面结构设计理论和 相应设计规范中。同时这些研究成果表明， 由于沥青 混合料疲劳破坏行为影响因素极为复杂且存在相互 作用， 因此， 沥青混合料的疲劳性能的研究尚有许多 困难需要克服。 尽管几十年来材料疲劳特性的理论 研究和应用技术研究迅猛发展， 各国研究人员提出了 许多新的理论和试验方法， 但至今为止， 还没有任何 一种试验方法或评价指标可以作为沥青混合料疲劳 性能研究的通用标准的到广泛认可。 SHＲP 研究计划在综合分析与评价之后， 最终选 用四点弯曲疲劳试验作为其沥青混合料疲劳性能研 究的标准试验， 同时制定了标准试验方法 （ SHＲP M － 009 ， AASHTO TP － 8 ） ， 这一方法已被指定为 AASHTO 的标准方法
沥青混合料的疲劳性能
试验结果与路用性能间的关系
模型, 而实际车轮荷载均为动态。由于路面结构 棱角尖锐、表面粗糙的开级配集料通常由于难以压实而造成高的孔隙率，这可能是引起裂缝的原因并进而导致沥青混合料疲劳寿命的
缩短。
3 沥青路面疲劳开裂研究方法
6
2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
2.1 混合料劲度 从疲劳观点来看，沥青混合料的劲度模量是
一个重要的材料特性。任何影响混合料劲度的 变量，诸如集料与沥青的性质、沥青用量、混 合料的压实度与孔隙率，以及反映车辆行驶速 度的加载时间和所处的环境条件等都会影响它 的疲劳寿命。
7
2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
在过去几十年里各国的很多研究者通过实验对路面的疲劳特性做了大量研究，归纳起来分为三类：
破损有着不可忽视的作用。 SHRP在压实沥青混合料重复弯曲疲劳寿命测定的标准试验
在断裂力学分析法中裂缝的延伸长度与应力集中因子之间的关系式通常以Paris方程表示：
N——荷载作用次数。
方法（SHRP-M-009）中还给出了累积消散能及消散能累积到破坏时的计算方法。
本身对荷载的时变因素具有相当的敏感性, 因而 沥青种类和硬度对沥青混合料疲劳寿命的影响基本上可以用它对混合料劲度的作用来衡量。
材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响 由于路面结构本身对荷载的时变因素具有相当的敏感性, 因而在实际动态荷载作用下所表现出的力学性能通常与静态模型的情况存在较
大差异, 对路面的早期破损有着不可忽视的作用。
根据实验，在控制应力加载模式中，疲劳寿 命随混合料劲度的增加而增加。
但是，在控制应变加载模式中，疲劳寿命则 随混合料劲度的增加而降低。 2.2 混合料的沥青用量
沥青混合料疲劳试验
沥青混合料疲劳试验沥青混合料疲劳试验是评估沥青混合料在交通载荷作用下的疲劳性能的一种重要方法。
本文将介绍沥青混合料疲劳试验的目的、试验方法、试验结果的分析以及对道路工程的意义。
一、试验目的沥青混合料疲劳试验的主要目的是评估沥青混合料在交通载荷下的疲劳性能，以确定其在实际道路使用中的耐久性和寿命。
通过疲劳试验，可以了解沥青混合料在长期交通荷载下的变形和破坏情况，为道路工程的设计和施工提供科学依据。
二、试验方法沥青混合料疲劳试验通常采用梁式疲劳试验机进行。
试验时，将沥青混合料制成试件，然后在试验机上施加交通载荷，通过循环加载和卸载的方式模拟实际道路上的交通荷载作用。
在试验过程中，记录试件的应力、应变和循环次数等参数，以评估沥青混合料的疲劳性能。
三、试验结果分析通过沥青混合料疲劳试验得到的试验结果可以进行多方面的分析。
首先，可以通过绘制应力-循环次数曲线来评估沥青混合料的疲劳寿命。
曲线的形状和斜率可以反映沥青混合料的疲劳特性。
其次，可以计算出试件的疲劳强度和疲劳指数等参数，用于评估沥青混合料的疲劳性能。
此外，还可以通过观察试件的破坏形态和表面裂纹情况，进一步分析沥青混合料的疲劳破坏机制。
四、对道路工程的意义沥青混合料疲劳试验对道路工程具有重要的意义。
首先，通过评估沥青混合料的疲劳性能，可以选择合适的沥青混合料类型和配合比，以提高道路的耐久性和使用寿命。
其次，可以根据试验结果对道路结构进行优化设计，以减少疲劳损伤和维修成本。
此外，疲劳试验还可以用于评估不同施工工艺和材料改性方法对沥青混合料疲劳性能的影响，为道路工程的技术改进提供参考。
沥青混合料疲劳试验是评估沥青混合料疲劳性能的重要方法。
通过试验可以评估沥青混合料的疲劳寿命、疲劳强度和疲劳指数等参数，为道路工程的设计和施工提供科学依据。
沥青混合料疲劳试验的结果分析可以帮助优化道路结构和材料选择，提高道路的耐久性和使用寿命。
因此，沥青混合料疲劳试验在道路工程中具有重要的应用价值。
SMA-13_沥青混合料掺不同纤维路用性能研究
0引言随着我国高速公路的蓬勃发展，沥青路面作为主要的铺装形式得到大面积推广。
由于我国交通运输量不断增加，在环境因素和持续重交通荷载量的作用下，沥青路面往往过早出现松散脱粒、车辙、水损害、开裂等病害现象，而沥青混合料掺入纤维材料后可有效提升其各项性能、防止路面病害的发生，该结论已得到相关文献的证实［1-3］。
纤维材料主要应用于SMA 沥青混合料中，起到减少路面破坏、延长道路使用年限的作用。
目前，纤维材料在SMA 沥青混合料中应用较多的主要是木质素纤维和玄武岩纤维。
刘福军［4］对比分析玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维改善AC-16C 、SMA-13两种沥青混合料性能的效果，得出结论：玄武岩纤维改善沥青混合料性能方面优于木质素纤维和聚酯纤维。
对于聚合物化学纤维的研究，也有大量的结论可供参考［5］。
矿物纤维和聚合物化学纤维造价成本较高，木质素纤维大部分取自原木，生长周期慢，并且为积极响应国家退耕还林及绿色生态环境环保的政策，应尽量采用绿色环保材料。
我国具有丰富的竹资源［6］，竹纤维是一种天然环保的有机纤维，具有良好的强度、韧性［7］、较高的耐磨性和良好的染色性。
鉴于竹纤维SMA 沥青混合料路用性能的研究较少，本文以包括竹纤维在内的3种纤维对SMA-13沥青混合料综合性能的影响进行对比分析，优选纤维种类，为工程实践的选择提供参考依据。
1原材料及配合比1.1沥青本文采用SBS 改性沥青作为胶结料，沥青为国产品牌，相关技术指标见表1。
表1SBS 改性沥青技术指标项目指标针入度（25℃，100g ，5s ）/（0.1mm ）软化点（℃）5℃延度（cm ）135℃运动黏度/（Pa·s ）25℃弹性恢复（%）闪点（℃）溶解度（%）密度/（g/cm³）TFOT 加热试验后质量损失（%）针入度比（%）5℃延度（cm ）试验结果5169281.58326099.61.0300.26920规范要求40~60≥60≥20≤3≥75≥230≥99实测±1≥65≥151.2矿料采用的集料来自广西来宾市某石场，粗集料为辉绿岩、细集料为石灰石石屑，矿粉为磨细石灰石粉，性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的要求。
沥青混合料四点弯曲疲劳实验模块实验原理
沥青混合料四点弯曲疲劳实验模块实验原理一、材料疲劳行为沥青混合料是一种典型的粘弹性材料，其在长时间和重复载荷的作用下会表现出明显的疲劳行为。
在疲劳过程中，沥青混合料的力学性能会发生变化，逐渐降低至失效。
因此，了解沥青混合料的疲劳行为对于评估其使用寿命和耐久性具有重要意义。
二、弯曲应力分析四点弯曲疲劳实验是一种常用的测试方法，用于评估沥青混合料在重复弯曲应力作用下的性能。
在实验中，试样放置在两个相对的支撑点上，并在试样的中部施加弯曲应力。
随着应力的重复加载，试样内部的应力分布发生变化，导致其性能逐渐降低。
三、重复加载条件在四点弯曲疲劳实验中，试样需要承受重复的弯曲应力。
这些应力的频率、幅值和循环次数等参数对于实验结果具有重要影响。
通过对这些参数的调整，可以模拟不同使用条件下的疲劳损伤。
四、疲劳损伤机制在重复加载条件下，沥青混合料内部会发生微裂纹、颗粒破碎和粘聚力损失等损伤机制。
这些损伤会导致试样的强度和刚度逐渐降低，最终导致断裂失效。
通过对这些损伤机制的研究，可以深入了解沥青混合料的疲劳性能和耐久性。
五、实验数据处理实验数据处理是四点弯曲疲劳实验的重要环节之一。
通过对实验数据的分析，可以得出试样的应力-应变曲线、弹性模量、弯曲强度等力学性能参数。
同时，还可以计算试样的疲劳寿命和损伤因子等指标，以评估其耐久性。
六、寿命预测模型基于实验数据和理论分析，可以建立寿命预测模型，用于估算沥青混合料在不同条件下的使用寿命。
这些模型通常考虑材料的性能参数、环境因素和使用条件等因素，通过数学公式或计算机模拟方法进行预测。
七、材料优化建议通过对四点弯曲疲劳实验结果的分析，可以为沥青混合料的优化提供建议。
例如，调整原材料的配比、添加增强剂或优化加工工艺等措施可以提高材料的耐久性和使用寿命。
此外，还可以针对特定的使用环境和工程要求，选择适合的沥青混合料类型和设计方法。
八、实验局限性评估虽然四点弯曲疲劳实验是一种有效的测试方法，但仍存在一定的局限性。
沥青混合料四点弯曲疲劳试验
沥青混合料四点弯曲疲劳试验1. 引言嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个可能听起来很呕心兑现话题，但实际上却超有意思的内容——沥青混合料四点弯曲疲劳试验！或者你可以叫它“沥青测试派对”，因为在这个过程中，我们要通过实验来探讨沥青在轮胎下“跳舞”的表现，会不会像舞王一样潇洒自如，还是像个没节奏的菜鸟，在马路上摇摇欲坠。
想想都刺激~在路面上开车的时候，车子在不同的温度、湿度、品味各异的路况下，沥青混合料究竟会发生些什么？市面上卖的各种沥青材料有啥不同的性能？其实，这可是我们必须搞明白的事情，毕竟，安全驾驶可是大事，要是连路面都自己“出轨”，那可就不妙了。
2. 什么是四点弯曲疲劳试验？2.1 概念介绍那么，四点弯曲疲劳试验到底是个啥玩意儿呢？简单来说，这个实验主要用来测试沥青混合料在疲劳作用下的强度和韧性。
别担心，我没想让你考上研究生，而是想给大家普及一下这个原理。
就像你在高强度锻炼时，是否会出现“腿软”的感觉一样，当沥青混合料被反复弯曲时，它也会体验到“疲倦”。
我们要通过实验来探究它到底能撑多久，不至于先“心态崩溃”。
2.2 实验过程好，具体的实验过程就有点像拍电影，得有个富有想象力的导演。
我们要先把老大沥青混合料准备好，之后用专门的设备把它放入四点弯曲的试验机里。
哎呀，真是有点儿科技感啊，想象一下，沥青混合料就像个大明星，正在舞台上被聚光灯照耀。
我们通过施加一定的力量，让它在四个接触点弯曲，不断测试着它的极限。
3. 实验数据分析3.1 数据解读到了最后，大家最期待的结果终于来了！经过几轮的肃穆试炼，咱们得到了实验数据，可以说这就像考试成绩一样，让人既紧张又期待。
通过观察沥青的变形、裂纹等现象，我们能得出它的疲劳寿命，多长时间它才能安稳地工作，真是“人间不值得”般的反复折腾！有的沥青混合料恰如其分，毫无怨言地维持着；有的就似乎“心有余而力不足”，一下子就那么崩塌了，简直让人心疼。
3.2 生活中的应用要知道，这些数据不仅仅是纸上谈兵，它们能让我们更好地选择和使用沥青材料。
16.沥青结合料的抗疲劳性能
时间扫描试验 试验温度： 最高设计温度及最低设计温度的平均值 以上４℃。 试验设备： 动态剪切流变仪（DSR）
试验方法： ①先经过RTFOT (旋转薄膜烘箱老化) 混和料热拌 短期老化 ②再将残留沥青经过PAV (压力老化仪) 路面使用期 长期老化。 ③然后将PAV残留沥青进行动力剪切试 验，DSR自动测定G*sinδ
评价指标：
①.损失模量：G″= G*sinδ 反映变形过程中由于内部摩擦产生的 以热的形式失能量
G*：
复数剪切劲度模量
相位角δ：反映粘弹性中粘性与弹性成分的 比例与影响程度 缺点：相关性较差
能量耗散比法（ ②. DER能量耗散比法（消散能变化率） 能量耗散比法 消散能变化率）
影响因素：温度
载荷频率（试验频率）
沥青结合料的抗疲劳性能
张天波10908079 董芃伯10902005
沥青结合料
Asphalt binder—沥青结合料 Asphalt mixture—沥青混合料 沥青混合料的疲劳性能的影响因素： 荷载条件 材料性质 环境变化 试验方法：各国均无标准试验方法
沥青结合料的抗疲劳性能
疲劳：交变荷载作用下沥青结合料的强度降低 疲劳“强度”：载荷循环达到规定次数时引起疲劳 破坏的应力
工程意义及总结
１.控制和改善沥青混合料的疲劳性能 ２.疲劳性能直接影响到耐久性能 ３.相位角δ越大，沥青抗疲劳性能越差
４.DER方法与路面服务不同阶段的疲劳破坏 ５.选用复数模量Ｇ*越小，相位角δ越大的沥青 结合料
THIS IS IT
谢谢大家~
应力控制模式下沥青混合料劈裂疲劳试验研究_黎晓
２．１ 试 验 设 计 试验采用英国 ＣＯＯＰＥＲ 公 司 的 ＣＲＴ－ＮＵ１４ 气
动伺服沥青材料 试 验 仪。 选 用 混 合 料 为 ＡＣ－１３、ＡＣ －２０、ＡＣ－２５ 共 ３ 种，材 料 技 术 指 标 见 表 １。 试 件 采 用 ＳＧＣ 旋转压实方式制 备，级 配 采 用 规 范 中 值。 在 ３ 种不同温度下进行疲劳试验分析。试验加载采用半正 矢 波 荷 载 ，０．１ｓ总 加 载 时 间 的 应 力 控 制 模 式 。 每 个 应 力 比 选 取 ４～６ 个 试 件 进 行 试 验 ，判 断 疲 劳 失 效 以 试 件 完 全 断 裂 为 标 准 ，具 体 试 验 参 数 见 表 ２。
关 键 词 ：沥 青 混 合 料 ；间 接 拉 伸 ；微 观 开 裂 ；疲 劳 曲 面 方 程
１ 引言
传 统 意 义 上 “疲 劳 ”的 定 义 是 ：“材 料 在 小 于 拉 伸 强 度的重复可变应力 作 用 下 出 现 破 裂 的 现 象 ”。 沥 青 路 面所采用的沥青混合 料 本 身 具 有 不 均 匀 性、多 级 分 散 的空间网络结构特性。其内部的初始缺陷和界面间的 裂隙在交通荷载和环境温度这两个主要因素影响下会 存在高度应力集中从而产生初始裂隙。可以说疲劳破 坏描述了在材料失效前的劲度模量衰减过程。材料疲 劳必然是由于裂缝的 发 展 造 成 的，而 且 往 往 被 视 为 是 温度和层内应力叠加作用的结果。
沥青作为一种热 粘 滞 性 材 料，本 身 具 有 抵 消 松 弛 应力的能力。当沥青混合料中由于粘滞特性使得细微 结构进行重新排列组 成 而 导 致 应 力 逐 渐 减 小 时，应 变 或变形并不一定改变。应力减小的速率很大程度上受 材料温度的影响。随 着 混 合 料 劲 度 变 大，路 面 结 构 为 释放应力必然会采用另一替代性的机理反应。国外学 者 Ｖａｌｋｅｒｉｎｇ已经证明了微观 裂 缝 的 形 成 正 是 遵 循 这 一准则。
沥青混合料粗集料抗疲劳性能
沥青混合料粗集料抗疲劳性能李沛洪【摘要】为研究AC-13沥青混合料在重复荷载下各挡粗集料的抗疲劳性能,提出反映各挡粗集料特性的沥青混合料等效基体(AC-9.5、AC-4.75、AC-2.36、AC-1.18)概念;通过疲劳过程等效基体的开裂特性,分析各挡集料的抗疲劳能力.建立疲劳过程Miner线性损伤模型,设计不同应力水平的劈裂强度试验和疲劳试验,得出各等效基体劈裂抗拉强度和疲劳寿命.依据损伤模型与疲劳寿命结果,划分沥青混合料及其等效基体不同损伤程度(20％～80％)的疲劳作用次数;定义裂纹贯穿比例,分析不同应力水平等效基体随损伤程度的裂纹贯穿变化规律.结果表明:9.5～13.2 mm 集料和4.75 ～9.5 mm集料对提高AC-13沥青混合料抗疲劳性能的作用大于2.36～4.75 mm和13.2～16 mm集料;通过提高4.75～13.2 mm集料的质量分数可以提高沥青混合料的抗疲劳性能,但提高13.2～ 16 mm和2.36～ 4.75 mm 集料的质量分数对提高抗疲劳性能作用不明显.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2017(025)003【总页数】7页(P74-80)【关键词】道路工程;沥青混合料;等效基体;集料特性;疲劳开裂性能【作者】李沛洪【作者单位】长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】U416.217;U414沥青混合料是由多种粒径的集料、沥青、外加剂等经过加热拌合并压实成型的路面材料。
密级配沥青混合料(AC型)的空隙率较低，适用于上面层；半开级配(AM型)或开级配(ATPB型)沥青混合料的粒径和空隙较大，适用于下面层。
不同级配类型沥青混合料表现出不同的技术特点，如抗车辙、抗疲劳特性等。
沥青路面疲劳开裂是路面损坏的常见形式[1-2]，沥青混合料在车辆荷载作用下集料与沥青的粘结能力降低、集料松散、破损等影响路面正常使用[3-4]。
沥青混合料的疲劳试验及其影响因素
沥青混合料的疲劳试验及其影响因素摘要：疲劳特性的研究方法概括起来包括两种即现象学法和力学近似法。
应用现象学法主要是进行疲劳试验，得出疲劳寿命与施加应力或应变的关系。
力学近似法是将应力状态的改变作为开裂、几何尺寸及边界条件、材料特性及其统计变异性的结果来考虑，并对裂缝的扩展和材料中疲劳的重分布所起的作用进行分析，从而它有助于人们认识破坏的形成和发展的机理。
关键词：沥青混合料疲劳特性现象学法力学近似法1 概述路面使用期间，在气侯环境因素和车轮荷载的重复作用下，损伤逐渐累积，路面结构强度逐渐下降，当荷载作用次数超过一定次数之后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过性能下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。
这是由于材料内部存在缺陷或非均匀性，引起应力集中而出现微裂隙，应力的反复作用使微裂隙逐渐扩展、汇合，从而不断减少有效的承受应力的面积，造成材料的刚度和强度逐步下降，最终在反复作用一定次数后导致破坏。
材料抵抗疲劳破坏的能力，可用达到疲劳破坏时所能经受的重复应力大小(或称疲劳强度)和作用次数(称为疲劳寿命)来表示。
疲劳破坏是当前沥青路面破坏的主要形式之一。
沥青路面的耐久性是指沥青路面在使用过程中承受各种外界因素的作用，其性质能保持稳定或较小发生变化的特性。
沥青混合料的抗疲劳性能是评价沥青路面耐久性的一个重要指标。
2沥青混合料的疲劳试验疲劳破坏作为沥青路面的三大破坏形式之一，人们对其试验研究方法给予了很大的关注，归纳起来可以分为四类：一是实际路面在真实行车荷载作用下的疲劳破坏试验，如美国的AASHO试验路，历时三年才完成；二是足尺路面结构在模拟行车荷载作用下的疲劳试验，包括环道试验和加速加载试验，如南非的重型车辆模拟车（HVS ）、澳大利亚和新西兰的加速加载设备（ALF ）、美国华盛顿州立大学的室外大型环道、长沙理工大学的亚洲最大的路面直道实验中心和重庆公路研究所的室内大型环道疲劳试验等；三是试板试验法；四是室内小型试件的疲劳试验。
大粒径沥青混合料抗疲劳性能分析与评价
ＬＳＡＭ－ ２５ 被设计作为路面结构中间层，采用 ＭＴＳ８１０ 试验系统以四点弯曲恒应力疲劳试验分析 ３ 种混合料的疲劳性能，试验参数采用表 ３。
表 3 疲劳数类型 级配类型 集料类型 沥青品种 （油石比） 应力水平 温度 频率
%
℃ Hz
LSAM-25
4.1
AH -90
参数值 Superpave25 石灰岩 沥 青 、SBS 改性沥青
ＬＳＡＭ－ ２５ 沥 青 含 量 与 ＡＴＢ－ ２５ 相 同 ，少 于
2013 年第 1 期
王志强：大粒径沥青混合料抗疲劳性能分析与评价
·13·
表 4 LSAM-25、Superpave25、ATB-25 混合料疲劳试验结果
级配类型 沥青含量/%
LSAM-25 （PG 58-22）
3.96
Superpave25 （PG 58-22）
山西交通科技山。 交通科技
收稿日期：2012－02－16；修回日期：2012－11－02 作者简介：王志强（1973— ），男，山西永济人，高级工程师，大学本科，１９９８ 年毕业于西安公路交通大学道桥专业。
·12·
山西交通科技
2013 年第 1 期
能研究的标准试验。
3 沥青混合料疲劳试验试件类型的选择与制作
结合我国目前沥青路面常用的结构型式，选取 ＬＳＡＭ－ ２５、Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ２５、ＡＴＢ－ ２５ 三种级配类型［１］，基 质沥青分别按 ＰＧ ５８－ ２２ 级和 ＰＧ ７０－ ２２ 级进行沥 青胶结试验，采用轮碾法成型试件。
3.1 ＬＳＡＭ－ ２５、Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ２５、ＡＴＢ－ ２５ 合成级配拟定 在级配图上分别按照 Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ 方 法 和 我 国
3.2 确定最佳沥青含量 对上述 ３ 种混合料按照 Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ 设计手册［３］
基于损伤理论的沥青混合料抗疲劳性能试验
基于损伤理论的沥青混合料抗疲劳性能试验
王凯
【期刊名称】《材料科学与工程学报》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】为系统研究沥青混合料在疲劳破坏过程中的路用性能衰减过程,在不同温度、应变、频率下开展了四点弯曲疲劳试验,基于损伤理论从劲度模量变化情况和耗散能变化情况两方面评价了沥青混合料抗疲劳性能,并通过损伤面积法、灰关联分析法讨论了试验因素对沥青混合料抗疲劳性能的影响程度。
研究结果表明:沥青混合料的抗疲劳性能可以采用基于耗散能的损伤因子随加载次数的变化的双对数曲线进行描述,疲劳寿命应由初始损伤和损伤累积速率共同决定;从劲度模量方面分析,沥青混合料疲劳寿命随温度的升高而增大、随应变的增大而减小、随频率的增大而减小;劲度模量和耗散能两方面的分析结果均表明温度对疲劳寿命的影响程度大于应变,劲度模量分析显示频率对疲劳寿命影响最次,耗散能分析结果显示频率与疲劳寿命的相关性不显著。
【总页数】6页(P305-310)
【作者】王凯
【作者单位】内蒙古建筑职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】U414
【相关文献】
1.SBS改性沥青混合料抗老化与抗疲劳性能试验研究
2.用控制应力弯曲疲劳试验方法评价沥青混合料抗疲劳性能
3.基于室内试验的温拌沥青混合料(WMA)与热拌沥青混合料(HMA)的性能评价研究
4.原材料对沥青混合料抗疲劳性能影响的试验研究
5.基于粘弹性连续损伤理论的沥青混合料疲劳损伤性能分析
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用控制应力弯曲疲劳试验方法评价沥青混合料抗疲劳性能
用控制应力弯曲疲劳试验方法评价沥青混合料抗疲劳性能作者：申展华冯卡来源：《科技传播》2010年第13期摘要沥青混合料的疲劳开裂是沥青路面的主要病害,因此提出适当的研究和评价沥青混合料抗疲劳性能的方法和指标,以控制或消除沥青路面的疲劳开裂是一个重要研究课题。
由于控制应力弯曲疲劳试验能够准确模拟沥青路面在长期行车荷载作用下的疲劳开裂过程,因此本文介绍了该试验方法及其评价指标,并利用该试验方法对AC-13沥青混合料的抗疲劳性能进行评价分析。
关键词沥青混合料;抗疲劳性能;控制应力弯曲疲劳试验;评价指标;性能分析中图分类号U416.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)22-0043-020 引言沥青混合料疲劳性能是指其在特定荷载环境与气候环境条件下抵抗重复加载作用而不产生破裂的能力。
疲劳损坏是沥青混凝土路面最主要的破坏形式之一。
为了保证沥青路面具有良好的使用性和耐久性,世界各国沥青路面设计方法均以路面疲劳特性作为基本设计原则,国内外研究和评价沥青混合料抗疲劳性能的方法有很多,其中控制应力弯曲疲劳试验是研究沥青混合料抗疲劳性能的最有效方法。
本文介绍控制应力弯曲疲劳试验,并采用该试验方法对AC-13沥青混合料的抗疲劳性能进行评价,提出沥青混合料抗疲劳性能的评价指标,分析AC-13沥青混合料其抗疲劳性能变化规律。
1 沥青混合料抗疲劳评价方法概述国内外研究沥青混合料抗疲劳性能的方法有很多种,综合目前已有的研究成果,沥青路面疲劳特性试验方法主要包括:1)现场试验法;2)试槽法;3)试板试验法(也称为试块法);4) 试件法;5)槽口弯曲疲劳试验等。
如此繁多的试验方法,如何选择。
本论文从试验的可操作性、试验结果的可直接应用性及国内对抗疲劳性能的相关规定要求考虑,采用控制应力简支梁弯曲疲劳试验法进行应力控制的疲劳试验,研究沥青混合料的疲劳性能,为沥青混合料的设计与施工提供指导。
2 简支梁弯曲疲劳试验原理本文采用中点加载简支梁弯曲试验法,加载模式为控制应力方式。
沥青混合料的疲劳性能及评价标准研究综述
能 量法 、 美国沥青学会法和 Ｃ Ｒ Ｒ法进行 了介绍 ， 并指 出充分 了解沥青路 面疲 劳性能 与建立相应 的评价标准 对沥青路 面 的使 用具
有重要意义。
关键词 ： 沥青路面 ， 疲 劳破坏 ， 预估方法 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ５ ３ ５ 文献标识码 ： Ａ 力和常应 变疲 劳试 验 。结果 表明 ： 在相 同的 沥青用 量下 ， 对 于常
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第３ ９卷 第 ３ ４期 １ ４ ６． ２ ０ １ ３年 １ ２月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ Ｉ ＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ｌ ＿３ ９ Ｎｏ ． ３ ４ Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
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建 筑 材 料 及 应 用
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文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ４ — ０ １ ４ ６ — ０ ３
沥 青 混 合 料 的 疲 劳 性 能 及 评 价 标 准 研 究 综 述
袁 强
（ 大连理工大学 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ３）
摘
要： 根据沥青路 面的破坏机理 ， 分析 了影响沥青路 面疲 劳寿命 的因素 ， 对沥青 混合料疲劳寿命 的预 估方法— —ｃ ｏ ｏ ｐ ｅ ｒ － Ｐ ｅ ｌ ｌ 法、
命却要更短 。表面粗糙且棱 角尖锐的集料 如果压实 不充分 ， 会产 生较大 的空隙率 ， 导致疲劳 寿命缩 短。来 自美 国的实验数据 表
明， 空隙率每增加 １ ％， 疲劳寿命将降低 ４ ０ ％ 。因此在施工 时应 充
分碾 压达到规定 的密实度 ， 以保证沥青路 面的寿命 。
２ ． ３ 试件成型和试验方法的影响 是 由路 面底部产生并 向上扩展 的¨ Ｊ 。所 以 ， 在实 际路 面设计 当中 ３． １ ） 试件成型方法 。目前沥青 混合料试件成 型主要有 静压法 、 需要把底部拉应力作为控制变量 。
(最新整理)沥青混合料性能的研究试验方法
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1.单轴静载蠕变试验
➢ 试验方法
壳牌（shell）法是最典型的单轴静载蠕变试验方法， 这个试验方法适用于在试验室内，在给定的应力和温 度条件下，通过进行恒荷载单轴无侧限压缩试验测量 沥青混合料试件的变形并计算其蠕变劲度。试验结果 可用作为进行沥青路面车辙深度预估的参数之一。
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沥青混合料低温抗裂性能
主要试验方法有：等应变加载的破坏试验（间 接拉伸试验、弯曲、压缩试验）、直接拉伸试 验、弯曲拉伸蠕变试验、受限试件温度应力试 验、三点弯曲J积分试验、C*积分试验、收缩 系数试验、应力松弛试验等。
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1.间接拉伸试验（劈裂试验）
间接拉伸试验即通常所说的劈裂试验，它是通过 加载条加静载于圆柱形试件的轴向，试件按一定 的变形速率加载，施加的压缩荷载，垂直、水平 变形通过LVDT得到。从而可获得沥青混合料的劈 裂强度和变形数据。
Viljoen等 Kronfuss等
Finn等
温度（℃） 试验时间 （min）
作用应力 （MPa）
40
100
0.2
40 我国也采用60单轴静载蠕变0.试1 40 验方法对沥60青混合料进行0.过2
较多研究，由于影响蠕变试 验结果的因素很多，试验结 果变异性较大，也还没能提 出相应的蠕变劲度极限值。
混合料劲度 （MPa）
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2.弯曲蠕变试验
➢ 试验方法 弯曲蠕变试验实际上就是将简支梁弯曲试验的荷载保持恒定的试验。 试验条件与普通的弯曲试验相同，可采用三点加载试验。适用于由轮 碾成型后切制的长250±2mm，宽30±2mm，高35±2mm的棱柱体 小梁，其跨径为200±0.5mm。
一种评价沥青混合料疲劳性能的简单试验方法
一种评价沥青混合料疲劳性能的简单试验方法沈洪涛;赵树青;王晓平【摘要】使用间接拉伸（IDT）试验来评估沥青混合料的疲劳行为。
再生混凝土集料（RCA）和新集料以不同比例（0％，20％，40％，60％，80％和100％）混合生成具有不同抗疲劳性能的混合料。
为了表征疲劳，在中温下进行循环加载 IDT 和单调加载断裂能试验。
结果表明，在中温下，循环加载 IDT 试验获得的疲劳寿命和单调加载断裂试验获得的断裂能之间具有良好的相关性。
基于实验室结果，单调加载 IDT 试验得到的断裂能可以用于快速评估沥青混合料疲劳性能。
考虑到IDT 试验已经用于表征沥青混合料的低温开裂和水敏感性，采用单调加载的 IDT 试验评价沥青混合料的疲劳性能易于推广使用。
%This study uses the indirect tensile (IDT)test to evaluate fatigue behavior of as﹣phalt.Recycled concrete aggregate(RCA)and virgin aggregate are blended at different percentages(0%, 20%,40%,60%,80%,and 100 %)to produce mixes with a variety of fatigue performance.To charac﹣terize fatigue,cyclic IDT and monotonic fracture energy tests were performed at intermediate tempera ﹣tures.At intermediate temperatures,good correlation is found between the fatigue life obtained from cyclic IDT test results and the fracture energy obtained from monotonic fracture test results.Based on the labora﹣tory test results,the IDT test can be used to evaluate both the fatigue behavior of asphalt con﹣crete.Considering that IDT testing has been used to characterize thermal cracking and moisture suscepti﹣bility,the IDT test has the potential to serve as a single performance test for fatigue,thermal cracking and moisture damage.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2016(041)003【总页数】4页(P151-153,192)【关键词】再生混凝土集料;间接拉伸试验;疲劳;道路工程【作者】沈洪涛;赵树青;王晓平【作者单位】潍坊市公路勘察设计院，山东潍坊 261061;山东交通职业学院，山东潍坊 261061;山东交通职业学院，山东潍坊 261061【正文语种】中文【中图分类】U414.1我国每年有大量的资金用于道路的建设和养护，设计和建造具有高服务能力的路面从而提高路面的长期性能已经成为业内的共识。
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用控制应力弯曲疲劳试验方法评价沥青混合料抗疲劳性能摘要沥青混合料的疲劳开裂是沥青路面的主要病害,因此提出适当的研究和评价沥青混合料抗疲劳性能的方法和指标,以控制或消除沥青路面的疲劳开裂是一个重要研究课题。
由于控制应力弯曲疲劳试验能够准确模拟沥青路面在长期行车荷载作用下的疲劳开裂过程,因此本文介绍了该试验方法及其评价指标,并利用该试验方法对ac-13沥青混合料的抗疲劳性能进行评价分析。
关键词沥青混合料;抗疲劳性能;控制应力弯曲疲劳试验;评价指标;性能分析
中图分类号u416.2 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)22-0043-02
0 引言
沥青混合料疲劳性能是指其在特定荷载环境与气候环境条件下抵抗重复加载作用而不产生破裂的能力。
疲劳损坏是沥青混凝土路面最主要的破坏形式之一。
为了保证沥青路面具有良好的使用性和耐久性,世界各国沥青路面设计方法均以路面疲劳特性作为基本设计原则,国内外研究和评价沥青混合料抗疲劳性能的方法有很多,其中控制应力弯曲疲劳试验是研究沥青混合料抗疲劳性能的最有效方法。
本文介绍控制应力弯曲疲劳试验,并采用该试验方法对ac-13沥青混合料的抗疲劳性能进行评价,提出沥青混合料抗疲劳性能的评价指标,分析ac-13沥青混合料其抗疲劳性能变化规律。
1 沥青混合料抗疲劳评价方法概述
国内外研究沥青混合料抗疲劳性能的方法有很多种,综合目前已有的研究成果,沥青路面疲劳特性试验方法主要包括:1)现场试验法;2)试槽法;3)试板试验法(也称为试块法);4) 试件法;5)槽口弯曲疲劳试验等。
如此繁多的试验方法,如何选择。
本论文从试验的可操作性、试验结果的可直接应用性及国内对抗疲劳性能的相关规定要求考虑,采用控制应力简支梁弯曲疲劳试验法进行应力控制的疲劳试验,研究沥青混合料的疲劳性能,为沥青混合料的设计与施工提供指导。
2 简支梁弯曲疲劳试验原理
本文采用中点加载简支梁弯曲试验法,加载模式为控制应力方式。
控制应力的疲劳试验是在重复加载的疲劳试验过程中,保持应力不变,疲劳破坏是以试件的疲劳断裂作为准则,达到疲劳破坏的
荷载作用次数为疲劳寿命。
这种加载方式下疲劳寿命公式一般为:
nf=k(σf /σ) n
式中:
nf为疲劳寿命,采用试件破坏时的加载次数;
k,n为试验常数,其值取决于试验条件,加载方式和材料特性等,n 也称为坡度系数;
σ为每次施加于试件的常量应力的最大幅度,mpa;
σf为沥青混合料的弯拉强度。
3 沥青混合料抗疲劳性能评价
采用控制应力弯曲疲劳试验对ac-13沥青混合料进行抗疲劳性能评价,ac-13确定沥青混合料抗疲劳性能。
3.1 试验材料
3.1.1 集料
粗集料采用石灰岩碎石,细集料采用石灰岩机制砂,经过试验测试,所采用的集料均满足相关技术要求。
3.1.2 沥青
采用shell pen60/80沥青,对沥青按jtg f40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求的性能指标检测,经检测沥青性能指标满足相关技术要求。
3.2 沥青混合料配合比设计
分别对ac-13沥青混合料进行配合比设计,确定沥青混合料的集料用量比例和最佳油石比。
3.2.1 矿料级配设计
矿料级配设计采用马歇尔设计方法,设计时充分考虑到jtg f40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求,确定的ac-13沥青混合料的集料用量比例为:
10~15mm碎石:5~10mm碎石:机制砂= 35%:23%:42%
3.2.2 最佳油石比确定
按照jtg f40—2004《公路沥青路面施工技术规范》规定的沥青混合料最佳油石比确定方法,确定ac-13沥青混合料的最佳油石比
为为5.0%。
3.3 抗疲劳试验结果及分析
3.3.1 pen60/80的ac-13沥青混合料疲劳试验结果
采用pls疲劳试验机以控制应力简支梁弯曲疲劳试验对pen60/80的ac-13型沥青混合料抗疲劳性能进行评价。
试件尺寸:采用车辙成型仪成型300mm×300mm×50mm的板状试件,然后沿碾压成型方向切割出240mm×50mm×50mm的小梁试件。
试验条件:试验温度15℃,加载频率10hz,跨径20cm,采用应力控制三点弯曲试验,根据不同应力比下的疲劳破坏数据,绘制加载次
数和变形曲线。
ac-13沥青混合料小梁弯曲强度试验结果平均破坏荷载为2.63kn,抗弯拉强度为6.312 mpa;
ac-13沥青混合料的小梁疲劳试验结果如下:
疲劳作用次数:212、347、2188、3447、19935;
相应应力比:0.6、0.5、0.3、0.2;
相应对数:2.326、2.540、3.340、3.537、4.300。
ac-13沥青混合料的小梁疲劳弯曲疲劳方程如下:
疲劳方程:y = -0.1945x + 1.0241r2= 0.9633
疲劳方程参数及相关系数 :k=10.57n=0.1945r2= 0.9633
以疲劳次数的对数为横坐标,应力比为纵坐标,绘制ac-13沥青混合料的疲劳曲线图如下图1。
3.3.2 试验数据分析及结论
1) ac-13沥青混合料的疲劳次数服从标准疲劳方程模式,满足疲劳性能要求。
疲劳次数都随着应力水平的增加而呈现明显下降趋势,说明车辆轮载的增加,对路面耐久性的破坏很明显,因此进行路面
结构设计时,应充分考虑拟建道路的交通组成特点,尤其是对于重
载车辆的破坏作用要有较准确的判断,防止路面由于超载而使疲劳寿命大大降低。
2)疲劳方程的参数k值可以称为疲劳扩大系数,k值越大,说明疲劳寿命越长, n可以称为速度系数,该值越大,说明疲劳次数随着应力水平的增加衰减的速度越快,耐久性能良好的混合料的疲劳方程一般具有k值较大,n值较小的特点。
4 结论
通过研究现有的沥青混合料疲劳试验方法,本论文采用现象学法中的控制应力简支梁弯曲疲劳试验法,对ac-13沥青混合料进行抗疲劳性能进行评价,ac-13沥青混合料的疲劳次数服从标准疲劳方
程模式,满足疲劳性能要求,提出应将疲劳破坏试验、指标作为路面结构设计的依据。
参考文献
[1]公路沥青及沥青混合料试验规程 jtj 052—2000.北京: 人
民交通出版社,2000.
[2]公路沥青路面施工技术规范 jtj f400—2004.北京:人民
交通出版社,2004.
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版社,2006.
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[5]葛折圣,黄晓明.沥青混合料应变疲劳性能的试验研究[j].交通运输工程学报,2002,3.
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